ساخت ماسه سنگ مصنوعی با حوزه وسیعی از تخلخل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی معدن دانشگاه ارومیه

2 دانشیار مکانیک سنگ، گروه مهندسی معدن دانشگاه ارومیه، ارومیه

چکیده

تخلخل یکی از ویژگی‌هایذاتی بارز سنگ بوده و کاربردهای مهمی در مکانیک سنگ به‌ویژه در محیط‌های متخلخل نظیر مخازن نفتی دارد.  سنگ یک ماده‌ی ناهمگن بوده و عوامل ذاتی متعددی بر مقاومت و رفتار مکانیکی آن مؤثر هستند.  حتی برای یک نوع سنگ با تغییر یکی از ویژگی‌های آن نظیر تخلخل، ویژگی‌ ذاتی دیگر تغییر نموده به‌طوری که تأثیر سهم تخلخل بر رفتار و ویژگی‌های مکانیکی به‌خوبی مشخص نمی‌شود.  یافتن نمونه‌های سنگ دارای تخلخل مختلف و در عین حال همگن که سایر ویژگی‌های ذاتی نظیر اندازه‌ی دانه‌ها یکسان باشد، کاری سخت یا غیر‌ممکن به ‌نظر می‌رسد.  از این جهت مدل‌سازی فیزیکی می‌تواند ابزار مفیدی برای ساخت ماده‌ی شبیه ‌سنگ با تخلخل مختلف باشد طوری که بتوان دیگر عوامل ذاتی مؤثر بر ویژگی‌های مکانیکی آن را ثابت نگه‌داشت. در این تحقیق ماده‌ی مدل متشکل از سیمان، آب و مواد پرکننده با دانه‌بندی ویژه در دو نوع ماسه و سیلیس استفاده شده­است.  با بکارگیری دو تکنیک‌ جدید افزایش آب محتوی به منظور افزایش تخلخل و متراکم‌سازی ترکیب ملات به‌منظور کاهش تخلخل، نمونه‌های استوانه‌ای شکل ساخته‌شده­اند.   تخلخل مؤثر و وزن حجمی نمونه­‌ها با دقت 0.01 اندازه‌گیری شده­اند.  با استفاده از نتیجه‌ی مدل‌سازی فیزیکی ماده‌ی شبیه ‌سنگی دارای دامنه‌ی وسیع تخلخل بین 9.00 تا 34.09 درصد و وزن حجمی بین 1.62 تا 2.41 گرم بر سانتی‌متر مکعب ارایه شده است که شباهت خوبی با ماسه‌سنگ‌های طبیعی دارد.  مقاومت فشاری یک‌محوری ماده‌ی شبیه ‌سنگ ارایه‌شده با تغییر تخلخل به علت همگنی دارای پراکندگی بسیار کمی نسبت به مقاومت فشاری ماسه‌سنگ واقعی است.  ماده‌ی شبیه ‌سنگ ارایه‌شده می‌تواند در مطالعه‌ی تأثیر تخلخل، وزن حجمی و جنس مواد پرکننده بر رفتار و ویژگی‌های مکانیکی سنگ‌های متخلخل همچون ماسه‌سنگ در صنعت معدن، نفت و عمران کمک کند.

کلیدواژه‌ها


Al-Homadhi, E.S. and Hamada, G.M. (2001). Determination of Petrophysical and Mechanical Peroperty Interrelationships for Simulated Sandstone Rocks. Proc. 6th Nordic symposium on petrophysics. 15-16 May 2001, NTNU, Trondheim, Norway.
Boggs, S.J. (2009). Petrology of Sedimentery Rocks. 2th Edition. Chapter 4. pp. 129-134., Cambridge University Press., ISBN: 978-0-511-71933-2
Chang, C., Zoback, M.D. and Khaksar, A. (2006). Empirical relations between rock strength and physical properties in sedimentary rocks. Journal of Petroleum Science and Engineering. Vol. 51, pp. 223–237.
Dunn, D.E., LaFountain, L.J. and Jackson, R.E. (1973). Porosity dependence of mechanism of brittle fracture in sandstones. Journal of Geophysical Research, Vol. 78, No. 14, pp. 2403 - 2417.
Fahimi far, A. and Sourosh, H. (2001). Rock Mechanics Tests (First Volume : Theoretical Fundamental and Standards). Tehran : ‘Prof. Hesabi AmirKabir University.
Goodman, R.E. (1989). Introduction to Rock Mechanics. 2nd Edition, John Wiley, Chichester, 562 P.
Gu, D. and Mostyn, G.R. (1991). The study of a method of making equivalent material modeles. 2nd International Symposium of Mining Technology and Science, Zusbou, China.
Hobbs, D.W. (1966). Scale model studies of strata movement around mine roadways. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 3, pp. 101-127.
Hu, X. and Huang, S. (2017). Physics of Petroleum Reservoirs. Chapter 2 (Physical Properties of Reservoir Rocks), pp. 7-162. Springer Mineralogy, DOI 10.1007/978-3-662-53284-3_2
Indraratna, B. (1990). Development and application of synthetic material to simulate soft sedimentary rocks. Geotechnique, Vol. 40, No. 2, PP. 189-200.
ISRM (1979). Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, Vol. 16, pp. 135 - 140.
Johnston, I.W. and Choi, S.K. (1986). A synthetic soft rock for laboratory model studies. Geotechnique, Vol.36, No. 2, pp. 251-263.
Laskaripour, G.R. and Passaris, E.K.S. (1995). Correlations between index parameters and mechanical properties of shales. Proc. 8th Congress of ISRM, Tokyo, Vol. 1, pp. 257-261.
Levorsen, A.I. (1967). Geology of Petroleum. W.H.Freeman and San Francisco, 350 P.
Li, D., Liu, X.R., Liu, X.S. (2015). Experimental Study on Artificial Cemented Sand Prepared with Ordinary Portland Cement with Different Contents. Materials journal, Vol. 8, pp. 3960-3974; doi:10.3390/ma8073960.
Mampitiyarachchi, D.K.D.S. (1982). Some factors influencing properties of Hawkesbury sandstone. Ph.D. Thesis, The University of New South Wales, Sydney, Australia.                                                        Moomivand, H. (2007). Effect of porosity on the estimating uniaxial compressive strength of sandstone using Schmidt hammer and investigation in to exhaustive relationship between its mechanical properties. Research Project, Urmia University.
Moomivand, H. (2011). Development of a new method for estimating the indirect uniaxial compressive strength of rock using Schmidt hammer. Journal of BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte (Journal of Minig, Metallurgical, Materials, Geotechnical and Plant Engineering), Vol. 156, No. 4, pp. 142–146.
Marinos, P. and Hoek, E. (2000). GSI-a geologically friendly tool for rock mass strength estimation. Proc. GeoEng Conference, Melbourne. Invitedpapers, vol. I. Technonic Publishing Co., Inc., Pennsylvania, 1422-1440.
Marinos, P. and Hoek, E. (2001(. Estimating the geotechnical properties of heterogeneous rock masses such as flysch. Bull. Int. Assoc. Eng. Geo, Vol. 60, 85-92.
Neville, A.M., Brooks, J.J. (2010). Concrete Technology. (Ramezanianpour, A. A., Arabi, N., Trans.). (2016). 4th Edition. Tehran: ‘Negarande Danesh’. 420 P. ISBN: 978-600-6190-08-2.
Rosenblad, J. L. (1968). Development of rock like material. Tenth U.S. Symposium on Rock Mechanics. pp. 331-361.
Palchik, V. (1999). Infuence of porosity and elastic modulus on uniaxial compressive strength in soft brittle porous sandstones. Journal of Rock Mech. Rock Engineering, Vol. 32 (4), 303-309.
Saucier, K.L. (1967). Development of material for modelling rock. U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station (Viskburg Mississippi). Miscellaneous Paper, No. 6-93, October.
Schultz, R.A., Okubo, C.H. and Fossen, H. (2010). Porosity and grain size controls on compaction band formation in Jurassic Navajo Sandstone. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 37, L22306, doi:10.1029/2010GL044909, 2010.
Smorodinov, M.I., Motovilov, E.A. and Volkov, V.A. (1970). Determinations of correlatio n relationships between strength and some physical characteristics of rocks. Proc. Second Congress of ISRM, Belgrade, Privredni pregled, Vol. 2, pp. 35 - 37.
Stimpson, B. (1970). Modelling materials for engineering rock mechanics. International journal of rock Mechanics and mining sciences, Vol. 7, pp. 71-121.